大长径比、高密实火药床点火管点传火特性的影响因素

利用计算程序对影响大长径比、高密实火药床点火管点火性能的主要因素进行了对比模拟,讨论了不同结构尺寸和装填条件下的点传火性能,通过对计算结果的分析,总结了结构参数和装填条件对大长径比、高密实火药床点火管点传火性能的影响规律:小孔直径、首孔高度、单位长度小孔面积及装填密度显著影响点火压力及点传火性能;小孔直径、首孔高度及单位长度小孔面积是影响破膜后泄压速度的主要因素,而装填密度会影响药床的透气性及火焰传播的通畅性,均对点火安全性、瞬时性及一致性产生重要影响作用。     

基于五阶WENO格式的燃气在药床中流动过程二维两相流研究

为研究内弹道初始阶段中心点火管燃气在膛内药床中的流动特性和传播规律,设计了可视化点传火实验平台,并进行了膛内假药床的点传火实验。基于加权本质无震荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式,构造了膛内轴对称二维内弹道两相流模型,对膛内燃气在假药床中的流动过程进行数值模拟。计算结果与可视化实验结果符合较好,全局压力平均误差为5.35%。表明数值计算准确地描述了燃气流动特性,完整地呈现了点火管燃气在假药床中的发展过程。在点火初始阶段,膛内压力径向效应明显,气相沿径向传播较快,药床药粒基本不会发生运动;随着燃气逐渐在膛内传播,膛内压力呈现径向一致、轴向梯度分布的特征,在压力梯度作用下,气相轴向速度开始占据主导,径向速度在膛底和中部区域减小为零,而固相速度随气相速度变化而变化;气相在到达弹底前,由于固相颗粒的壅塞,会提前出现速度反向波动现象。     

两模块装药点传火过程及药粒散布特性

模块装药点传火过程中药粒堆积形态对膛内起始压力波特性有重要影响,而模块装药点传火过程中药盒破裂后药粒飞散过程决定了药粒最终堆积形态。为此设计了模块装药可视化点传火模拟试验装置,通过高速摄像系统,观测不同初始装填位置的两模块装药点传火、药盒破裂及药粒散布过程。试验结果表明,两模块初始装填位置远离底火端且两药盒装填间距增大时,药室内传火时间变长,两个模块药盒燃烧更充分,模块盒的破裂面增大。点传火试验结束后,药室内模拟药粒散布在以底火侧端面中心为起点的轴向195～500 mm区域。其中,药粒主要分布于药室右侧陡坡状堆积区域。基于试验建立了模块装药点传火过程中药盒破裂后药粒散布的三维非稳态气固两相流模型,并进行了模拟计算。计算得到的最终药粒散布与试验测得结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

长药室装药中多点点传火一维两相流数值模拟

针对药室长度超过3m的长药室装药设计问题,设计了以电点火具为点火源的多点点火系统,在点传火模拟实验装置上进行了多点点火的实验研究.同时,建立了点传火模拟实验装置中多点点传火过程的数学物理模型,采用MacCormack差分格式进行了数值求解,得到了点传火模拟装置中传火管的压力分布、固相和气相速度以及空隙率等数值解,分析了...     

CE/SE方法在内弹道瞬态两相流中的应用

根据CE/SE方法思想,构造在变换坐标系下内弹道两相流动数值计算的 格式. 采用此格式研究了膛内瞬态二维两相流动点火过程. 数值计算结果反映实际 规律并和试验结果符合. 结果表明,对中心点火方式,在点传火过程初期,膛内压力在 径向和轴向上存在较大的压力梯度,当火药全部着火后,药室内压力在径向上逐渐趋于 一致. 这表明CE/SE方法能够完全模拟瞬态二维两相流动的情况.     

中心点火火焰在药床中传播规律的试验研究

为了研究中心点火管火焰在药床中的传播规律,设计了可视化模拟试验平台,开展了不同点火药量、不同装药结构的中心点传火试验。采用高速图像采集系统记录了中心点火管火焰在药床中的传播过程,采用瞬态压力记录仪记录膛内压力的时空变化。结果表明,点火药量为20 g时,出火时间为0.6 ms;点火药量为30 g时,出火时间为1.5 ms;杆状装药床的传火时间平均为2.2 ms,粒状装药床的传火时间平均为3.4 ms,而杆粒混装药床的传火时间为3.1 ms。可见,点火药量对药床出火时间影响显著,较大的点火药量导致药床出火时间延长;不同装药床结构传火性能差异较大,单一杆状装药床传火性能优于单一粒状装药和杆粒混装药床,并且粒状装药床易形成气体壅塞,膛内会出现明显的压力波动现象;根据火焰传播时序位置点,利用一阶指数衰减函数拟合建立了火焰传播过程数学模型,拟合优度大于0.98。     

火焰在传火管装药床中的传输特性研究

通过在传火管点传火特性模拟试验装置上进行的不同装药材料、装填密度和不同的点火能量试验以及获得的多点压力时间曲线、火焰传播速率,分析了底火火焰在传火管装药床中的传输特性,指出了底火火焰与装药材料性能的相互作用关系,特别是因底火作用而导致传火管装药床的挤压程度对点传火性能的重要影响。     

塑料导爆管在燃烧转爆轰过程中的火焰结构及爆轰波生成机理

本文系统地研究了塑料导爆管从点火起至稳定爆轰时各个阶段的管内的火焰结构及火焰传播速度,分析了爆轰波的生成过程。高速扫描摄影技术证实了塑料导爆管在电火花引爆下确实存在燃烧转爆轰(DDT)过程,并显示出火焰阵面及火焰内部结构的多种变化性。发现,在燃烧阶段有一个暗区存在于火焰之中,并且火焰只是集中在管中心。清楚地观察到管内有气、固二相流动。证实了铝粉的敏化作用。在实验基础上,本文提出了一个比较符合实际情况的DDT模型及爆轰波结构。     

稠密颗粒床中点火传火过程的两维两相流数值模拟

本文结合火炮工程背景,建立伴随化学反应的稠密颗粒群气固两相非定常两维轴对称流和点火器内的非定常一维两相流数学模型,并考虑点火器对主装药床的耦合作用。采用MacCormack两步差分格式,模拟点火传火过程中火焰传播及其物理量沿轴向和径向变化规律。部分计算结果与实验结果相吻合。发现点火开始阶段存在明显的径向效应,当火焰波传到固壁后,轴向流占主要优势。     

垂直向下管内两相流泡状-弹状流型转换研究

建立实验系统,在维持管道出口压力为0.2MPa的条件下,对内径分别为15mm、25mm、40mm、65mm的垂直向下管内空气-水气液两相流动进行了实验研究,获得了两相流泡状-弹状流型分布。实验研究发现:管径对于泡状流与弹状流流型特征有较大影响,并且进一步影响流型转换边界,随着管径增加,泡状流-弹状流的流型转换边界向折算气速减小的方向移动。基于理论推导及实验数据,建立了垂直向下管内气液两相流泡状流-弹状流流型转换预测模型,该模型对本文实验工况条件下的垂直向下管内空气-水气液两相流流型转换具有良好的预测效果,预测模型的计算结果与实验数据之间的误差小于10%。     

Two-phase flows in gun barrel: Theoretical and experimental studies

In the paper theoretical and numerical model of two-phase flow of solid granular propellant and its products of combustion in the gun barrel during interior ballistic cycle is given. Two cases are considered: base ignition of propellant charge and ignition by igniter. The theoretical model includes the balance equations of mass, momentum and energy for both phases, as well as necessary constitutive laws. The igniter efflux in the propellant chamber is obtained by incorporation in the model the two-phase flow model of igniter function. The convergent, unconditionally stable, numerical procedure is formed to solve the system of equations of the theoretical model. An original procedure of numerical grid adaptation to the flow field increase, caused by the projectile motion down the gun bore, is developed. The TWOPIB code for the computation of whole interior ballistic cycle of ammunition is developed. Four kinds of experimental investigations were carried out:igniter function in open air, flamespreading through propellant charge in the fibreglass tube during base ignition or during ignition by igniter, and firing of 100 mm APFSDS projectile. Verification of the theoretical–numerical approach by the comparison with experimental data is carried out. The great number of computational results is presented for the parameters that can not be measured, but which are necessary for more complete understanding of examined processes. The presented theoretical–numerical access enables, not only the complete optimisation of propellant charges, but more successful solutions of many interior ballistic problems.     

高含能颗粒床中瞬变点传火过程的三维两相流数值模拟

结合火炮工程背景，建立高含能稠密颗粒床中非定常三维两相流与点火器中非定常一维两相流的数理模型，并考虑主装药床与点火器的相互耦合作用。采用分数步法（ＦＳＭ）数值求解。发现在点传火阶段，膛内存在明显的三维效应，并伴随波动现象，火药颗粒向壁面聚集。部分计算结果与试验结果相一致。     

用于爆轰驱动的射流起爆实验研究

爆轰驱动激波风洞的自由来流模拟范围与驱动气体的爆轰极限密切相关，爆轰极限越宽则模拟范围越大。驱动气体一般是通过点火管进行起爆的，提高点火管的起爆能力可以拓宽爆轰极限。为了提高点火管起爆能力，就点火管口径、点火气体爆轰敏感性和单/双点火管3种因素的影响进行了实验研究。在不同的点火管初始条件下，对驱动段波速进行了测量。结论如下:（1）提高点火管口径可以显著提升起爆能力；（2）点火气体爆轰敏感性对起爆能力有影响，点火管为缩径内型面时，低敏感性气体起爆能力更强，点火管为等径内型面时则低敏感性气体和高敏感性气体的起爆能力大体持平；（3）在保证射流同步的前提下，双点火管能够提高起爆能力，为保证射流同步性需使用化学恰当比的氢氧混气等爆轰敏感性强的点火气体。